Наша географияЗаявка на членство+7 916 848-78-01info@rusneuro.net
О НейроНетеНаша миссияЧлены союзаНовостиСМИ о насДокументыАрхивКонтакты
Новости / Обзор новостей нейротехнологий 06.05.17-12.05.17
Новости
12.05.2017

Обзор новостей нейротехнологий 06.05.17-12.05.17

3D оптогенетика с визуализацией

“Three-Dimensional Two-Photon Optogenetics And Imaging Of Neural Circuits In Vivo” | bioRxiv | doi: 10.1101/132506

нейромодуляция

Сотрудники Центра нейротехнологий Колумбийского университета (США) показали, как стимулировать и  одновременно считывать активность клеток, лежащих в разных слоях ткани мозга. Двухфотонный микроскоп дает очень точную картинку, в сочетании с методами оптической стимуляции он позволяет наблюдать и управлять работой нейронов с разрешением в одну клетку. До сих пор такие гибридные системы ограничивались двумерными плоскостями. Однако нейронные цепи трехмерны, и генетически и функционально единые ансамбли распределены по всему объему, так что расширение метода до трехмерного просто необходимо.

Авторы построили 3D-микроскоп с двумя двухфотонными возбуждающими лазерами для визуализации и фотостимуляции. Каждый лазерный луч имеет контроль глубины фокуса в образце независимо от движения объектива. Это добавляет гибкости и уменьшает возможные искажения. В части формирования изображения авторы снабдили настраиваемый по длине волны сапфировый лазер электрически регулируемыми линзами и связали его с резонансным сканером для высокоскоростной объемной кальциевой визуализации. Регуляция линз обеспечивает осевой сдвиг фокуса до 90 мкм ниже и 200 мкм выше номинальной фокальной плоскости объектива.

 

Схема одновременного объемного кальциевого изображения и 3D-голографическая модельная фотостимуляция в коре головного мозга.

В части фотостимуляции авторы использовали пространственный модулятор света (SLM). Он дает трехмерное разбиение пучка, направляя лучи на выбранные позиции в образце с разной глубиной. В тестовых экспериментах измеряли зеленую флуоресценцию в ответ на фотостимуляцию белка, реагирующего на красный свет. Авторы работали с пирамидальными клетками в зрительной коре анестезированных мышей, контролируя одновременно активность нейронов в трех плоскостях.

Микроскоп спроектирован с переключаемыми кинематическими зеркалами, так что лазеры легко перенаправить и использовать для красных флуорофоров и синих опсинов. Метод полезен для изучения связей нервных клеток, организации их ансамблей и обработки информации в нейронных цепях. Он распространяет предыдущие методы с 2D-плоскости на 3D-объем. Это шаг точной оптогенетики в сторону больших пространственных масштабов.

 

Украсть пароль через интерфейс мозг-компьютер

“PEEP: Passively Eavesdropping Private Input via Brainwave Signals” | Financial Cryptography and Data Security 2017 | PDF

 

неинвазивные интерфейсы

Гарнитуру ЭЭГ или приложение с доступом к сигналам ЭЭГ можно превратить в клавиатурного шпиона. Кейлоггер или клавиатурный шпион -- это программа, записывающая нажатия клавиш, часто с целью кражи паролей и прочих конфиденциальных данных. Программисты из Университета Алабамы в Бирмингеме и Калифорнийского университета в Риверсайде для проверки уязвимостей разработали PEEP, новый тип атаки кейлоггера на основе интерфейса мозг-компьютер и методов машинного обучения. Они протестировали коммерческий гаджет и гарнитуру для лабораторий. И экспериментально показали способность PEEP взламывать пользовательские ПИНы и пароли по мере их ввода на физической или виртуальной клавиатуре.

Пример цифровой клавиатуры, которая использовалась в экспериментах.

Авторы рассмотрели идею, что человек прервет игру и войдет в банковскую учетную запись, не сняв гарнитуру. Участники опыта вводили случайные ПИН-коды при работающей гарнитуре, позволяя PEEP выявить связь между нажатиями и ЭЭГ данными. Ситуация легко достигается в жизни, если в ходе игры вас просят набрать текст, код или капчу как часть игрового процесса. Программа учится и после двухсот символов она способна сделать прогноз по ЭЭГ данным, какой символ введен. Прогноз не идеален, но повышает вероятность угадывания четырехзначного числового кода с одного из 10 000 до одного из 20 и повышает вероятность угадывания шестибуквенного пароля до одного из 500.

 

Постановка эксперимента с гарнитурой Emotiv

В экспериментах участники использовали гарнитуры Emotiv и B-Alert, печатали на реальной и виртуальной клавиатуре, вводили 4-значные цифровые коды и 6-значные буквенные пароли. Данные собирались в четырех сеансах в один день для каждой задачи. Для каждого символа брались данные за 235 мс до нажатия клавиши и 468 мс во время нажатия. Отметим, что задача отделить ЭЭГ от артефактов здесь не стоит, все данные идут в дело, включая сигналы от мышц. Программа выучивает паттерн, характерный для ввода символа, и какая в нем доля миограммы, не имеет значения.

Авторы заключают, что следует изучить вероятные способы борьбы с такими атаками, учитывая их серьезные последствия. Значимость проблемы будет расти по мере распространения интерфейсов типа мозг-компьютер среди пользователей.

Высокоскоростная фотоакустическая томография

“Single-impulse panoramic photoacoustic computed tomography of small-animal whole-body dynamics at high spatiotemporal resolution” | Nature Biomedical Engineering | doi:10.1038/s41551-017-0071

 

имиджинг

Исследователи Университета Дьюка, Университета Вашингтона и Калифорнийского технологического института разработали новый вид фотоакустической компьютерной томографии. С его помощью можно получать контрастные изображения внутренних органов, нейронных сетей, сосудов, циркуляции клеток в реальном времени и высоком разрешении, не вводя красители и не используя радиоактивные метки. Этим методом -- его назвали SIP-PACT, single-impulse photoacoustic computed tomography -- авторы за минуту послойно отсканировали живую мышь.

 

Схема SIP-PACT конфокальной доставки света и обнаружения фотоакустической волны. Лучи двух лазеров суммируются, проходят сквозь коническую линзу, оптический конденсатор, и свет падает на мышь. Кольцевой ультразвуковой измеритель ловит волну в 2D плоскости и передает данные в систему обработки.

Метод SIP-PACT использует мощный, но очень короткий лазерный импульс. Когда он попадает в клетку, энергия слегка её нагревает и заставляет мгновенно расшириться, вызывая акустическую волну. Авторы построили круговую систему из 512 ультразвуковых детекторов и систему сбора данных, которая вычисляет источник ультразвуковой волны из любого места в пределах тела маленького животного. Ультразвук легко проходит сквозь биологические ткани, детектор регистрирует волну в течение 50-ти микросекунд. Получается картина поперечного сечения с разрешением в 125 микрометров и диаметром около 16 мм. Такие кадры можно делать по 50 штук в секунду, смещая плоскость сканирования. Это похоже на функциональную МРТ, только гораздо быстрее.

 

SIP-PACT всего тела от мозга до живота. a) сосудистая сеть коры головного мозга; (b-f) изображения поперечного сечения: верхней грудной полости (b), нижней грудной полости (c), двух долей печени (d), верхней брюшной полости (e) и нижней части брюшной полости (f).

Панорама содержит данные со всех направлений, так что в пределах 2D сечения потерь информации нет, можно видеть анатомию (сердце, печень, кишечник и т.д.) и биологическую динамику, например, пульсацию артерий. Конкретные структуры были выявлены по контрасту гемоглобина. В качестве теста авторы отслеживали миграцию раковых клеток в мозге мыши и нейронную активность мозга крысы в реальном времени. Авторы замечают, что по оптическому контрасту и пространственно-временному разрешению SIP-PACT превзошел другие известные неинвазивные методы визуализации.


Фоторецептор в мозге различает день и ночь

“A rhodopsin in the brain functions in circadian photoentrainment in Drosophila” | Nature | doi:10.1038/nature22325

нейромодуляция

Впервые показана функция светочувствительного белка опсина в мозге. Американские нейробиологи установили, что родопсин Rh7 экспрессируется в нейронах пейсмекерного типа у мух дрозофил, регулируя суточный цикл. Это первый пример опсина, который играет важную биологическую роль не в клетках сетчатки, а в нейронах головного мозга. Ранее функция Rh7  не была известна.

Авторы работы модифицировали гены мух, заменив на Rh7 светочувствительный белок в клетках глаз. Исследователи обнаружили, что Rh7 так же реагирует на свет и может функционально заменить утраченный рецептор. Далее с помощью антител они построили карту экспрессии Rh7 в мозге и выяснили, что родопсин работает в нейронах, которые отвечают за регуляцию суточного биоритма. Мухи, лишенные белка Rh7, медленно адаптировались к изменениям цикла день-ночь. Правда, в нейронах пейсмекерного типа есть пигмент криптохром (Cry), но он чувствует лишь яркий свет, и мухи без криптохрома все равно реагировали на удлинение светового дня.

Авторы меняли освещенность, экспериментировали с мухами, лишенными сразу Rh7 и Cry или поочередно. Родопсин был необходим мухам для настройки суточных ритмов. Присутствие его в клетках мозга не выглядит странным, поскольку свет проходит через кутикулу. В этой связи интересно будет проверить роль меланопсина и энцефалопсина, светочувствительных белков, которые экспрессируются в мозге человека. Хотя известно, что свет может проникать сквозь череп млекопитающих, все же степень этого проникновения очень низка. Разрешение загадки будем ждать в будущих исследованиях.

Доставка гена в глаз

“Targeted Multifunctional Lipid ECO Plasmid DNA Nanoparticles as Efficient Non-viral Gene Therapy for Leber’s Congenital Amaurosis” “ | Molecular Therapy - Nucleic Acids | doi: 10.1016/j.omtn.2017.02.005

 

 наночастицы

Биоинженеры из Университета Кейс Вестерн Резерв в Кливленде, США разработали способ доставки гена в сетчатку с помощью наночастиц. Амавроз Лебера — наследственное заболевание, которое проявляется на первых годах или месяцах жизни и приводит к слепоте. Одна из форм болезни (LCA2) развивается из-за мутации гена RPE65, который кодирует энзим, важный для метаболизма клеток сетчатки. Клетки умирают, но если ввести им правильную версию гена, зрение можно спасти.

Доставка генов вирусом в организм человека сопряжена с риском. Вирус способен вызвать иммунную реакцию, либо проникнуть в мозг по оптическому нерву, разнося ДНК за пределы сетчатки. Нужны невирусные формы доставки, и авторы предложили наночастицы на базе липидов, которые можно направить в пигментный эпителий глаза. Частицы снабдили специальной молекулой-спейсером, которая цепляется к ретиноидным белкам, как якорь. Такой прием повышает избирательность транспорта, и полезный “груз” попадает точно в клетки сетчатки, не уходя в прочие органы.

 

При введении в субретинальное пространство наночастицы ECO связываются с ретиоидными белками. Те помогают удержать наночастицы в пространстве и перенести их в клетки-мишени. После поглощения клеткой наночастицы за счет падения pH высвобождают плазмидную ДНК гена RPE65. Наконец, ген RPE65 экспрессируется клеткой, замедляя дегенерацию колбочек.

Авторы протестировали частицы сперва в пробирке с клетками, затем на живых мышах. Для контроля действия гена ввели флуоресцентный маркер. Наконец, эффективность генной терапии определялась электроретинографией в глазах мышей моделей человеческого LCA2. После инъекции в сетчатку исследователи видели, что флуоресцентный зеленый маркер проявился в клетках пигментного эпителия. Тесты показали, что у мутантных мышей индуцированная светом электрическая активность клеток в сетчатке заметно выросла. Палочки и колбочки работали, эффект сохранялся до 120 дней.

Опыты в первом приближении показывают, что доставка гена с помощью наночастиц может стать альтернативой вирусным типам транспорта и применяться для генной терапии. В планах авторов -- совместить метод наночастиц с технологией генного редактирования CRISPR/cas9.

 

Автор: Денис Тулинов

26.05.2017Обзор новостей нейротехнологий 20.05.17-26.05.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
23.05.2017Отраслевой союз «Нейронет» подписал Меморандум о сотрудничестве с Бизнес-инкубатором ВШЭ

В рамках партнерства “Нейронета” и Бизнес-инкубатора ВШЭ планируется отбор проектов для реализации Национальной технологической инициативы,

Подробнее
22.05.2017Поздравляем Павла Милославовича Балабана с публикацией в журнале Nature Communications

Статья посвящена термогенетике - новому направлению исследований мозга

Подробнее
20.05.2017Обзор новостей нейротехнологий 13.05.17-20.05.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
6.05.2017Science guide приглашает в путешествие к мировым экспертам по Artificial Intelligence

Scienceguideприглашает 1-4 июня отправиться в путешествие в Лондон на AIMeetupтех, кто заинтересован во вложении инвестиций в высокотехнологичные проекты и умении качественно оценивать потенциал разработок в сфере AI.

Подробнее
5.05.2017Обзор новостей нейротехнологий 29.04.17-05.05.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
5.05.2017Российские ученые создают новое направление науки, термогенетику: управление нейронной сетью с помощью инфракрасного излучения

Молекулярные биологи из ИБХ РАН совместно с нейробиологами из ИВНДиНФ РАН и физиками из МГУ им. М.В. Ломоносова разработали новую технологию стимуляции нервных клеток инфракрасным излучением, генетически встраивая в нейроны млекопитающих белки-терморецепторы змей

Подробнее
4.05.2017Российская соц. сеть для инвалидов НейроЧат выходит на международный уровень.

Команда проекта НейроЧат начала переговоры с коллегами из США о совместной демонстрации общения между пациентами российской клиники и медицинской школы Университета Южной Калифорнии (USC, Лос-Анжелес)

Подробнее
2.05.2017Лидер РГ NeuroNet Андрей Иващенко принял участие в панельной дискуссии Skolkovo Robotics

Пятый год подряд робототехническая конференция собирает на одной площадке выдающихся международных экспертов по робототехнике, представителей венчурных фондов, исследовательских и научных коллективов, стартапов и многих других участников

Подробнее
28.04.2017Обзор новостей нейротехнологий 22.04.17-28.04.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
21.04.2017Обзор новостей нейротехнологий 15.04.17-21.04.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
14.04.2017Обзор новостей нейротехнологий 08.04.17-14.04.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
12.04.201712 апреля 2017 года ННГУ им Лобачевского принял участие в десятом юбилейном всероссийском форуме “Цифровой мир 2020”

В качестве экспонатов были представлены ведущие разработки ученых и инженеров ННГУ.

Подробнее
7.04.2017Обзор новостей нейротехнологий 01.04.17-07.04.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
6.04.2017Вокруг шум. Чат-бот: пустой хайп или новая эра?

Обзорная статья, с вариантами ответов на основные вопросы о чат-ботах

Подробнее
6.04.2017Фонд содействия инновациям объявляет о начале второй очереди конкурса "Развитие-НТИ"

Размер гранта – до 20 млн. рублей; Внебюджетное софинансирование (за счет собственных или привлеченных средств) – не менее 30% суммы гранта; Заявки принимаются с 15:00 (мск) 04 апреля 2017 года до 23:30 (мск) 15 мая 2017 года.

Подробнее
31.03.2017Обзор новостей нейротехнологий 25.03.17-31.03.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
30.03.2017наборы "Видэрэтрек" и "Нейротрек" заняли второе место на конкурсе Выбор педагогов России 2017

ООО "Брейн Девелопмент" заняло второе место в конкурсе "Выбор педагогов".

Подробнее
27.03.2017Обзор новостей нейротехнологий 18.03.17-24.03.17

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
123242, г. Москва, Малый Конюшковский пер., д. 2, оф. 17